研究報告2021 目次【研究開発部】

有望シーズ展開事業「再生毛髪の大量調製革新技術開発」プロジェクト◆ 総括････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････

141◆ 毛包上皮幹細胞の増殖培養技術の開発･･････････････････････････････････････････････････････

144◆ Electrical stimulation of human follicle dermal papilla cells to promote hair regeneration････････････‥････ 146◆ 業績････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････

149

【研究開発部】再生毛髪の大量調製革新技術開発「再生毛髪の大量調製革新技術開発」プロジェクト
プロジェクトリーダー

福田淳二【基本構想】
毛髪を生み出す毛包組織は、胎児期において、上皮系と間葉系の２種類の幹細胞からなる原基を形成し、これらの細胞の相互作用がトリガーとなり生み出される。他の臓器では、この胎児期にしか原基が作られないが、毛包組織は唯一、誕生後も一定間隔（毛周期）で一生涯再生を繰り返すという特徴がある。したがって、毛包組織は臓器発生プロセスを理解するための有用な実験系となる可能性がある。一方、毛包原基から始まる毛包組織形成プロセスを人為的に再現することで、脱毛症の治療を行う毛髪再生医療に期待が集まっている。我々が考えている毛髪再生医療の手順を図１に示す。ここでは、患者本人の毛髪を毛包
組織ごと数本を取り出し、そこから上皮系と間葉系の２種類の幹細胞を単離する。そしてこれらの細胞を、
例えば

100

本分に増殖させた上で、毛包原基様の移植体を生体外で作製し、これを脱毛部に移植する。

我々の研究プロジェクトの出発点は、毛包原基様の移植体が細胞の自己組織化により形成されることを発見したことに始まる。すなわち、上皮系と間葉系の細胞を混ぜて 1 つの凝集体を形成させると、培養初期は 2種類の細胞がバラバラの状態で凝集体内に存在するものの、培養 3 日間のうちにそれぞれの細胞が凝集体内で自発的に分離し毛包原基様の構造が形成されることを発見した。これを応用して独自の細胞培養器を開発することで毛包原基を大量調製する技術を確立した。毛髪再生医療では、患者１名に数千個の移植体が必要であり、細胞の自己組織化を利用する本手法は、毛包原基の大量調製へとスケールアップ
可能である点が技術的な有意性である。本研究プロジェクトでは、この技術をもとに毛包原基の作製以外の手順も含めて技術開発に取り組む。そして、連携企業や医療機関などと協力し、脱毛症患者の毛包由来細胞へと当該技術を適用することで、毛髪再生医療の実用化を目指す。

図１

１．

毛包原基の大量調製法を用いた毛髪再生医療

2020 年度の研究目的

これまでにシーズ育成事業では、主にマウスの細胞を用いて毛髪再生医療の手順を確認してきた。本研究プロジェ

プロジェクト 1 年目となる 2020 年度は、以下の各項目
を重点項目として研究を進めた。ただし、動物実験につい

クトではこれをヒト細胞を用いて実現する。(1)では、ヒト
毛包上皮幹細胞に適した培養条件の最適化により，毛包幹ては、横浜国立大学動物実験専門委員会の承認を得て実施
し、患者組織の利用については、横浜国立大学倫理委員会（人を対象とする医学系研究）の承認を得て実施した。

細胞マーカー（CD200 等）陽性細胞を複数回の継代で約1000 万個程度まで増殖させることを目標とする。(2)では、(1) ヒト毛包上皮幹細胞の増殖培養(2) ヒト毛乳頭細胞の増殖培養

毛髪再生医療に必要な大量（約 1000 万個）の毛乳頭細胞を増殖させる培養技術を開発する。そして、(3)では、これ(3) ヒト毛包原基の形成とマウス移植実験(4) ヒト毛母細胞の分離と発毛活性の評価

ら毛包上皮幹細胞と毛乳頭細胞を用いて，毛包原基を作製し発毛を評価する。また、再生した毛髪がヒト由来のもの

141

KISTEC研究報告2021

【研究開発部】再生毛髪の大量調製革新技術開発

か否を明らかにする。この(1)から(3)のプロセスを繰り返カ月を要するのに対して、マウス由来では２週間程度で結果が得られるためである。ただし、上述した通り、すべて
ヒト由来細胞を使用した毛包原基に対して発毛効率の向上を評価する必要があり、これは次の実験である。

すことによって、高い発毛効率の得られる各ステップの条件を見出す。(4)については、当初の研究計画からの変更点であるが、上皮系細胞の細胞源として、毛包上皮幹細胞に限定していたが、毛母細胞についても検討を加えることとした。これは、他者の文献や特許より得られた情報により可能性が浮上したためである。
本報告書では、(1), (2)については、それぞれ景山研究員、
Zhang 研究員が報告することから、ここでは主に(3), (4)について報告する。

(2) 伸長した毛幹におけるヒト由来ミトコンドリアの検出
前年度までに、脱毛症患者由来の細胞を用いて毛包原基を作製し、これを免疫不全マウスに移植することで毛髪が再生することを示してきた。しかし、マウスに移植したヒトの毛包原基が、“ヒトの毛髪を形成しているのか”、それとも“ホスト（マウス）の毛包の活性化を促しているのみな

２．

2020 年度の研究成果のか”は明らかになっていなかった。そこで、再生毛髪のミトコンドリア DNA を解析することで再生毛髪の由来(1) ヒト毛包原基の形成とマウス移植実験
シーズ育成事業では、ヒト毛包原基を免疫不全マウスに（マウスかヒトか）を解析した。そもそも毛幹は毛母細胞移植すると発毛が見られる場合があるものの、その頻度は非常に低いことが分かった。その原因として、1) ヒト毛が角化してできる組織であり、生きた細胞は存在しない。

包由来細胞が培養系において毛髪再生能を失ってしまっ
たこと、2) マウス皮膚では毛髪再生に必要な因子が供給

ら由来を同定することが難しい。そこで、我々は毛幹に保されないこと、が考えられた。1)については、発毛関連遺伝子を指標として継続的に培養技術の向上を図っている

法を選択した。予備検討として、ヒトとマウスの毛髪からが、2)については種差に関連することである。実際、ヒトとマウスでは、毛周期の長さそのものや毛周期に関連する

ドリア DNA の解析を行った結果、マウスおよびヒト特異メカニズムに違いがあることが分かっている。そこで、移植後もいくつかの因子が供給されることを期待して、毛包実際にこの系で再生毛髪を評価してみると、ヒト特異的な上皮幹細胞と毛乳頭細胞に加えて、第３の細胞を加えるな
どの工夫を行った。第３の細胞としては、ヒト脂肪由来幹ア DNA 配列がともに同定され、ヒトとマウスの両方の細胞を含む毛髪が形成されていることが確認された（図２）。

細胞、ヒト血管内皮細胞、多血小板血漿などである。特に、ヒト脂肪由来幹細胞は、高い発毛活性の向上を誘導した(R.

これまでに、脱毛症患者由来の細胞を用いて毛髪再生に成功した例はなく、再生毛髪にヒト細胞が含まれていたこと

Nakajima, et al., J. Biosci. Bioeng., in press, 2021)。この実験
では、毛乳頭細胞と脂肪由来幹細胞はヒト由来であるが、は評価に値するが、マウス細胞も含まれていることから、
今後さらなる最適化を行う必要性があることが明らかに実験上の都合で上皮系細胞はマウス由来のものを使用した。これは、上皮細胞がヒト由来の場合には発毛試験に数

なった。

図２

KISTEC研究報告2021

そのため、他の組織で解析されるような RNA や DNA か
存されているミトコンドリア DNA から由来を判定する手
ミトコンドリア DNA を回収し、RT-PCR によるミトコン的な配列で由来を同定できることが確認された（図２）。
ミトコンドリア DNA 配列とマウス特異的なミトコンドリ

伸長した毛幹におけるヒト由来ミトコンドリアの検出142

【研究開発部】再生毛髪の大量調製革新技術開発(3) 遠心式の毛包原基形成法
上述したように、我々は上皮系と間葉系細胞の自己組織

来の間葉系細胞、上皮系細胞を順に導入して、それぞれ 3分間遠心充填した。そして、37℃に加温してゼラチンを溶化による毛包原基の形成を利用した手法を用いてきた。今後もこの手法を中心にプロジェクトを推進するが、次世代

解し、ヌードマウスの背部に形成した移植穴にデバイスの先端を挿入し、毛包原基を移植した（図４）。この一連の型のより良い方法の開発は継続している。特にヒト細胞では発毛効率の低下という課題があることから、自己組織化

組織作製プロセスは準備等を含めても、30 分以内に完了することから、非常に素早い毛包原基構築法といえる。そを利用した毛包原基作製にのみ依存することなく、いくつかの作製手法を検討してきた。自己組織化を利用する方法

して、この組織体をヌードマウスの皮下に移植したところ、移植後３週間後に毛髪伸長が観察された。今後、本手法をでは２種類の細胞を同時に培養するための培養液の最適化が必要となる。一般に２種類の細胞のいずれにも適した

マルチニードルへと応用し、大量の毛包原基を一括作製する技術を確立する。また、さらに実際の臨床現場を想定す

培養液の開発は難しく、時間を要する。そこで、この培養プロセスそのものを省略できる方法として遠心力を利用ると、このニードルが凍結保存できれば、クリニックに輸送したあと、必要な本数を解凍して移植するという方法がした毛包原基作製法を検討した。また、毛髪再生医療では、一人の患者に、数百 µm サイズの毛包原基を数百から数千可能となる。これは、操作性やコストの面からも有用であると考えられることから、引き続き検討する予定である。

個移植するが、これにも熟練者が必要で手間とコストを伴う。つまり、より簡便な操作で毛包原基を移植する技術も毛髪再生医療を実現する上で重要である。これらを踏まえ、遠心充填により移植針内に毛包原基を形成させる手法を確立し、医療現場ではこれを皮膚に打ち込むのみで毛髪を再生可能となる技術の開発を目指した。
具体的には、図３に示すようにシリンジの先端に遠心充填部（直径 300 µm、高さ 1 mm）を備えたデバイスを作製した。遠心充填部の周囲は、犠牲層となる 20 wt%ゼラチ
ン層が形成されている。このデバイスにマウス胎児皮膚由

図３ 遠心充填デバイス （a）遠心充填後に形成した毛包原基構造、（b）ゼラチンを溶解しシリンジを押し込むことで組織回
収

図４
構造

毛包原基の移植により再生した毛髪とキューティクル

143

KISTEC研究報告2021

【研究開発部】再生毛髪の大量調製革新技術開発

毛包上皮幹細胞の増殖培養技術の開発
景山
１．

はじめに

達斗

究室でこれまでに開発を進めてきた微小ウェルアレイチ

毛髪再生医療は、植毛や薬剤治療にかわる脱毛症の新たップ 2-4）を毛包上皮幹細胞の増殖に利用しようと考えた（図 1）。なぜなら、チップのウェル直径やピッチ、ウェ

な治療法として期待されている。この治療法は、数本の毛
髪から、毛包上皮幹細胞と毛乳頭細胞という 2 種類の細胞ルの曲率を調整することで、凝集体のサイズ、配置、組織形成に要する時間などを容易に制御できるためである。

を分離・増殖させ、大量の毛包原基を調製した後、これを頭皮に移植することで毛髪を再生する方法であり、毛髪の毛包上皮幹細胞の培養のために最適化したチップでは、
直径 1 mm、深さ 1 mm の丸底微小ウェルを培養器底面に本数を増やせることが最大の利点である。この分野の研究開発は急速に加速しているものの、毛髪再生医療を臨床応

複数個配置した。このチップに細胞懸濁液を注ぐと細胞はそれぞれのウェル内で均一な粒径をもつ細胞凝集体を数用まで持っていくには未だ大きな課題が残されている。特に、ヒト毛包上皮幹細胞は、培養基板上で増殖培養中に発時間で形成することができる。チップの材質には、酸素透過性に優れたポリジメチルシロキサン（PDMS）を用いて毛能力を急激に失ってしまうため、世界的に見ても増殖培養に成功した例はほとんど報告されていない。近年、マウ

おり、PDMS 膜を介した底面からの酸素供給が可能である（図 2A）。そのため、培養液中の酸素濃度勾配の変化が最

スの毛包上皮幹細胞をマトリゲルに包埋して三次元培養
することで、機能維持培養する方法が提案された１）。この小限に抑えられ、三次元培養の最大の課題である細胞の低酸素障害も抑制することが可能となる。

方法で増殖した細胞を免疫不全マウスに移植すると、発毛することも確認されている。本研究では、この三次元培養

実際にチップの表面に細胞非接着処理を施した上で、マウスの毛包上皮幹細胞を懸濁した培養液を注ぐと、各ウェ技術を改良し、独自のスフェロイドアレイ培養器を使用した新たな増殖培養技術を提案する。さらに、この培養法がル内で直径 100 µm の粒径をもつ均一な細胞凝集体が形成した。培養液をマトリゲルに置換して培養を続けると、凝脱毛症患者から採取した毛包上皮幹細胞においても有効かについても検討を行った。

集体の直径は 14 日間で約 350 µm まで増大し（図 2B）、細胞数は播種前の約 15 倍まで増加した。免疫染色より、凝集体を構成するほとんどの細胞が CD34（マウス毛包上皮

２．
２．１

実験と結果
毛包上皮幹細胞の三次元培養

C.A. Chacon-Martinez らは、毛包上皮幹細胞をマトリゲル内で三次元培養することで機能を維持したまま培養する方法を提案した１）（図１）。この方法では、マトリゲルに包埋した毛包上皮幹細胞が、培養中に近接する細胞と凝集体を形成しながら増殖する。しかし、この凝集体のサイズや配置、組織形成に要する時間には、ばらつきがみられ

図 2.

微小ウェルアレイチップを用いた増殖培養(A) 微小ウェルアレイチップと酸素供給、(B) 培養 14 日後の毛包上皮幹細胞スフェロイド、(C) 培養 14 日後の CD34 陽性細胞

幹細胞マーカー）陽性であることも確認している（図 2C）。
興味深いことに、我々の培養法と C.A. Chacon-Martinez

図 1. 先行研究と本研究の 3 次元培養法

た。我々は、この凝集体形成プロセスを制御することが毛らの手法を比較すると、培養 14 日目の毛包上皮幹細胞の細胞数は、我々の培養法で 2 倍増加しており、幹細胞マー

包上皮幹細胞の機能維持培養の鍵となると仮説を立て、研KISTEC研究報告2021144

【研究開発部】再生毛髪の大量調製革新技術開発カーである CD34、Tcf3、 Nfatc1 の遺伝子発現においても我々の培養法で有意に向上していた。さらに、増殖した毛上の生存率で毛包上皮幹細胞が回収でき、CD200（毛包上皮幹細胞マーカー）陽性の毛包上皮幹細胞が初代培養でき

包上皮幹細胞の毛髪再生能を評価するため、マウス胎児の間葉系細胞と共にヌードマウス皮下へ移植を行ったとこることが確認された（図 4）。
このように回収した毛包上皮幹細胞を微小ウェルアレ

ろ、我々の培養法で増殖した毛包上皮幹細胞を移植した皮膚からは C.A. Chacon-Martinez らの方法よりも毛髪が 3 倍

イチップに播種し、マトリゲル内で増殖培養を行った。その結果、凝集体の直径は培養時間経過とともに増加し、も多く再生した（図 3）。以上より、微小ウェルアレイチップを用いて凝集体形成を制御することで、毛包上皮幹細CD200（ヒト毛包上皮幹細胞マーカー）の発現が平面培養
や C.A. Chacon-Martinez らの手法と比較して 2 倍以上増加

胞の増殖培養の効率を向上できることが示された。

した。以上の結果より、本手法がヒトの毛包上皮幹細胞の増殖培養においても、有用であることが示された。

３．

今後の展望

本研究では、脱毛症患者の毛包上皮幹細胞の機能を維持
しながら増殖培養が可能な三次元培養技術を開発した。今後、この技術を実用化につなげるためには、マトリゲルを生物由来原料基準を満たした材料に置換する必要がある。
ごく最近の研究では、マトリゲルをアテロコラーゲンに置換して、三次元培養を行う方法も開発されている 5）。本手法においても、アテロコラーゲンへの代替が可能かどうか検討していきたい。他にも、継代数による増殖効率はどのように変化するか、増殖した細胞を用いて毛包原基の構築が可能かなど、今後検証すべき内容は山積みである。これ

図 3. 本手法で培養した毛包上皮幹細胞の毛髪再生能らを 1 つずつ検証し、実用化レベルの増殖技術に仕上げていきたいと考えている。毛髪再生医療が脱毛症の効果的な（A）チャンバー法により再生した毛髪（B）再生毛髪本数

２．２

治療法として選ばれるようになる日を少しでも早く実現できるように引き続き努力していきたい。

ヒト毛包上皮幹細胞の増殖培養

毛髪再生医療の細胞源には、脱毛症患者本人の毛包から毛包上皮幹細胞を分離して用いることが想定される。本手【参考文献】

法が毛髪再生医療のための細胞増殖法として適用できるか検証するため、倫理委員会の承認の下で脱毛症患者から

1. C.A. Chacon-Martinez et al., Hair follicle stem cell cultures
reveal self-organizing plasticity of stem cells and their progeny,
The EMBO Journal, 36, 151-164 (2017).

毛包上皮幹細胞を採取し、増殖培養を行った。
まずクリニックより提供された毛包組織から毛包上皮

2. T. Kageyama et al., Spontaneous hair follicle germ (HFG)
formation in vitro, enabling the large-scale production of HFGs

幹細胞を高い生存率で回収する方法について検討したと

for regenerative medicine, Biomaterials, 154, 291-300 (2018)
3. T. Kageyama et al., Effects of platelet-rich plasma on in vitro
hair follicle germ preparation for hair regenerative medicine,
Journal of Bioscience and Bioengineering, 130, 6, 666-671(2020)
4. T. Kageyama et al., Hair follicle germs containing vascularendothelial cells for hair regenerative medicine, Scientificreports, 11, 624 (2021)
5. M. Takeo et al., Expansion and characterization of epithelial
stem cells with potential for cyclical hair regeneration,

図 4. ヒト毛包上皮幹細胞の培養

Scientific reports, 11, 1173 (2021)（A）培養ディッシュに接着した毛包上皮幹細胞、(B) 毛包上皮幹細胞の CD200 染色（緑：CD200, 青：細胞核）

ころ、酵素の種類および処理時間の最適化により、80％以

145

KISTEC研究報告2021

【研究開発部】再生毛髪の大量調製革新技術開発

Electrical stimulation of human follicle dermal papilla cells to promotehair regeneration

ZHANG

1.

Introduction

Binbinculture device using PPy and optimized the conditions ofHair loss is a prevailing and distressing problem for bothelectrical stimulation to achieve the optimal human DPC(hDPC) functionality. The stimulated hDPCs were then formed

men and women around the world. Hair follicles (HFs) arecomplex mini-organs that form during embryonic skin

the hair follicle germs through the method developed in Fukuda
Lab and transplanted into the back of the nude mouse todevelopment stages, and cannot regenerate on their own after
damages caused by diseases, chemotherapy or severe burn

analysis the in vivo hair generating ability.

injuries1. Current clinical treatments for hair loss are limited topharmaceutical drugs and autologous transplantation. However,2.

both approaches have their limitations, such as low
effectiveness, side effects or the inability to increase the total

2.1 Fabrication of the electrical stimulation device andstudy of the experiment conditions

hair numbers. In recent years, approaches through tissue

We have fabricated the electrical stimulation devices asshown in Figure 1A&B. The electrical stimulation devices

engineering and regenerative medicine have attracted
growing interest in the research field for hair
regeneration.

Results and Discussion

consist of two major parts, a cell culture chamber fixed onto theHair developments and hair growth cycle requires
epithelial-mesenchymal cell interactions. Among themesenchymal cells, dermal papilla cells (DPC) have been
proved to be crucial for this process. DPC functions are criticalto excrete molecular signaling to surrounding matrix and bulge
area. In order to manufacture adequate amount of hair follicles
by few dermal papillae extracted from the patients, cell
expansion techniques are desired2. However, the problem ofdrastic loss of DPCs’ hair induction ability along cell expansion
process remains as the biggest challenge. Efforts have been
made to maintain the intrinsic properties of the DPCs during its
expansion, including mimicking in vivo environment for DPCs
such as 3D culture and/or spheroid culture approaches3 orproviding extracellular matrix materials such as collagen4.
Electrical stimulation treatment has been applied to malepatients’ scalp, demonstrating increased hair number comparedto placebo groups in clinical trials5. However, the application ofelectrical stimulation in vitro for the purpose of maintaining andpromoting DPC functionalities has not been well studied. On
the other hand, the application of electrical stimulation for theculture of neural and muscular cells have been developed, as
they are seen to be prone to electrical signals. Among suchstudies, conductive polymers such as polypyrrole (PPy) haveattracted increasing interest to be used as culturing surface due

Figure 1 (A)Schematic of the device set-up for electricalstimulation. (B) Illustration (left) and photo (right) of the cell
culture chamber assembly for the electrical stimulation device. (C)Design of the electrical stimulation protocols (i) and the potential
response from different stimulation currents (ii).

to its inherent biocompatibility compared to the traditional
conductors such as gold and platinum6.
In this experiment, we fabricated the electrical stimulation

KISTEC研究報告2021146

【研究開発部】再生毛髪の大量調製革新技術開発

working electrode, and the counter electrode, which is attachedto the lid of the culture chamber. The culture chamber has abeing electrically stimulated on the PPy surface, compared tothose stimulated on gold surface and un-stimulated cells culture

dimension of 10mm x 20mm. The working electrode wasfabricated by first sputter coating a gold layer on to a glass slide

on TCP.
We further studied hDPC electrically stimulated on PPy under(using chromium as adhesive layer), followed by electricalpolymerizing polypyrrole (PPy) on the gold layer. The culture

different stimulation conditions and characterized the results
using ALP gene expression (Figure 3). We have stimulated thechamber was then glued directly onto the PPy surface. The
counter electrode was made of platinum mesh.

cells on D0 (6h after cell attachment), D1, D2 and D3, and it
showed that the electrical stimulation was most effective on D1

Electrical stimulation was performed by applying a biphasic
waveform of 100ms pulse (50ms x 2) with 100ms interphaseand D2 after cell seeding. Thereafter, we have performed
electrical stimulation on D1 with a series of different

open circuit potential (5Hz) using an Autolab Potentiostat(Figure 1C-i). The voltage waveform in response to thestimulation currents, periods and frequency applied to thehDPC. Although the difference between different stimulation

stimulation current was also recorded, and it showed that withthe highest current (1.0mA/cm2) set-up in this experiment, thecurrents was not significant, they have all demonstrated higher
gene expression than the un-stimulated cells. Furthermore, it

voltage was under 1V, which is unharmful to the cells (Figure
1C-ii).

was shown the optimal electrical conditions were achieved with
5000 cycles (16min) and at a frequency of 5Hz (Figure 3C&D).

2.2 Investigation and optimization of the electrical

A

B

C

D

stimulation conditions
We have cultured the hDPC on the PPy surface compared togold and tissue culture plate (TCP). After 6h, cells attached to
all the surfaces, and showed no obvious difference in themorphology. During a 3-day culture, the cell proliferation was
significantly slower on the PPy surface. However, the gene
expression of ALP showed significant increase for the cells

A

B
Figure 3 ALP gene expression of hDPC after electrical stimulation
at different timing (A), and with different current (B), overall period(C) and frequency (D). P<0.001

2.3 Co-culture hDPC with embryonic mice epithelial cells toform hair follicle germs
To demonstrate the effect of electrical stimulation on hDPCs
in terms of trichogenic ability in vivo, we co-cultured hDPCs

C

stimulated at the optimal condition with embryonic mouseepithelial cells (mEC) in the U-bottom 96 well plates to form
hair follicle germs (Figure 4). At the seeding density of 1 × 104
of hDPCs and 1 × 104 mECs per well, uniform spheroid
structures were formed, with the mECs in the out layer
surrounding the hDPC and no obvious difference was observed
between the hair follicle germs formed with stimulated (ES(+))
and un-stimulated (ES(-)) hDPCs (Figure 4A right). After

Figure 2 (A)Cell morphology after culturing 6h on TCP, gold, andPPy surfaces. (B) Cell proliferation on TCP, gold and PPy surfaces.
(C) ALP gene expression of cells culture on TCP (no electricalstimulation), and on gold and PPy surface after electricalstimulation. P<0.001

transplantation, both hair follicle germs formed with stimulated
and un-stimulated hDPCs showed hair regeneration, compared
to no hair regenerated from transplanting mECs alone. However,147

KISTEC研究報告2021

【研究開発部】再生毛髪の大量調製革新技術開発

the hair follicle germs with stimulated hDPCs generated twice
amount of hairs than the un-stimulated ones, 40 hairs (ES(+))

3.

Conclusion and Future Plan

on average vs 19 hairs (ES(-)) per 10 hair follicle germs
transplanted.

In this study, we demonstrated the capability of culturing andelectrically stimulating hDPCs on the surface of conductive
polymer polypyrrole. The electrical stimulation conditions were
optimized, and hDPCs showed improved functionality with the
optimal stimulation condition. Furthermore, we produced hairfollicle germs using hDPCs and mECs, and transplanted onto
the back of nude mice. Hair follicle germs with stimulated
hDPCs demonstrated enhanced trichogenic ability after
transplantation.
In the future, we will continue this work to investigate themechanism as how the electrical stimulation affects andpromotes the hDPC functions. Approaches such as addition ofion channel inhibitors and transcriptome analysis will be
explored to achieve this goal.

【References】
1. A. Castro, et al, Stem Cells Transl. Med., 9, 342-350 (2020).
2. C.A. Higgins, et al, Experimental Dermatology, 19, 546-548(2010).
3. T. Kageyama, et al, Biomaterials, 154, 291-300 (2018)
4. T. Kageyama, et al, Biomaterials, 212, 55-63 (2019).

Figure 4 (A) Co-culture of hDPC with mEC to form hair follicle
germs. (B) Photos of the transplantation side from the back of thenude mouse, and the number of hairs generated from every 10 hairfollicle germs formed with un-stimulated ES(-) and stimulated
ES(+) hDPCs. P<0.001

KISTEC研究報告2021

5. W.S. Maddin, et al, Int. J. Dermatol., 31, 878-880 (1992)
6. B. Zhang, et al, Front. Med. Technol., 3, 20 (2021)

148

【研究開発部】再生毛髪の大量調製革新技術開発

業績【原著論文】
1.

Tatsuto Kageyama, Aayaka Nanmo, Lei Yan, Tadashi

中嶋陸満、清水亮啓、景山達斗、福田淳二、毛包オル
ガノイドを用いた薬剤試験モデルの開発、第 33 回大Nittamiand Junji Fukuda. Effects of platelet rich plasma
on in vitro hair follicle germ preparation for hair

会動物実験代替法学会 2020/11/12-13（オンライン開催）

6.

regenerative medicine. Journal of Bioscience
Bioengineering, 130, 6, 2020. (IF:2.366)
2.

and
7.

バイオプリンターを用いた毛包原基の調製と毛髪再生 医 療 へ の 応 用 第 58 回 日 本 人 工 臓 器 学 大 会

Tatsuto Kageyama, Yang Sook Chun and Junji Fukuda.
Hair follicle germs containing vascular endothelial cells
for hair regenerative medicine. Scientific reports,11, 624,

2020/11/12-14（ポスター）

2021. (IF: 3.998)
3.

8.

Rikuma Nakajima, Yoshiki Tate, Lei Yan, Tatsuto
Kageyama and Junji Fukuda. Impact of adipose-derived

Tatsuto Kageyama, Junji Fukuda, Large-scale preparationof hair beads and hair follicle germs for regenerative
medicine.
11th
World
Biomaterials
2020/12/11-15（オンライン）

stem cells on engineering hair follicle germ-like tissue
grafts for hair regenerative medicine. Journal of

9.

Bioscience and Bioengineering, in press, 2021,
https://doi.org/10.1016/j.jbiosc.2021.02.001. (IF:2.366)

Ayaka

Nanmo,

TatsutoKageyama,

Junji

Congress,

Fukuda,Large-scale preparation of hair follicle germs using
spontaneous shrinkage of cell-embedded hydrogels, 11th
World Biomaterials Congress, 2020/12/11-15（オンライ
ン）

【書籍】
1.

南茂彩華、景山達斗、福田淳二

南茂彩華，景山達斗，福田淳二,バイオプリンターを用いた毛包原基の調製と毛髪再生医療への応用 日

10. Riki Anakama, Tatsuto Kageyama, Junji Fukuda, Organoid

本人工臓器学会誌,2021,in press

culture for in vitro hair follicle model, 11th World
Biomaterials Congress, 2020/12/11-15（オンライン）【口頭発表】
1.

2.

3.

4.

5.

南茂彩華、景山達斗、福田淳二、バイオプリンティン

11. 福田淳二, 培養基板の加⼯と⽑髪の再⽣医療, モノづ

グ技術を用いた毛包原基作製、第 19 回日本再生医療学会総会 2020/5/18-5/29※オンライン開催

くり企業のための細胞培養研修, 2020/12/11 (オンライン開催）

中嶋陸満、清水亮啓、景山達斗、福田淳二、In vitro 毛

12. 福田淳二, 細胞培養マイクロデバイスと毛髪再生医

幹形成技術を用いた毛髪の再生医療、第 19 回日本再生医療学会総会、2020/5/18-5/29 ※オンライン開催

療, 進化を遂げる μ-TAS, 2020/12/18 (オンライン開催）Tatsuto Kageyama and Junji Fukuda, Generation of a

13. 穴竃理樹、景山達斗、福田淳二、ヒト iPS 細胞由来

pigmented hair organoid model for drug screening. 第 24回国際色素細胞学会 2020/6/8 (オンライン開催 要旨

毛包上皮細胞を用いた毛髪オルガノイドの構築、第20 回日本再生医療学会 2020/3/11-13 (オンライン開

公開）

催）

穴竃理樹、景山達斗、福田淳二、ヒト iPS 細胞由来
毛包上皮細胞を用いた毛髪モデルの構築 、化学工学

14. 山根 萌奈実、景山達斗、福田淳二、コラーゲンゲル
ビーズを用いたヒト毛乳頭細胞の機能回復のための会第 51 回秋季大会 2020/9/24-26 (オンライン開催）

培養法の開発、第 20 回日本再生医療学会 2020/3/11-13(オンライン開催）

Zhang Binbin、Wu Yumeng、景山達斗、福田淳二、Gelatin
acrylamide as novel material for 3D biofabrication、化学工学会第 51 回秋季大会
催）

15. 伊藤 直哉、景山達斗、福田淳二、遠心充填による毛包 原 基 の 作 製 方 法 の 開 発 、 化 学 工 学 会 86 年 会
2021/03/20-22

2020/9/24-26 (オンライン開16. 南茂彩華、景山達斗、福田淳二、毛髪再生医療のため

149

KISTEC研究報告2021

【研究開発部】再生毛髪の大量調製革新技術開発の毛包原基の 3D バイオプリンティング、化学工学会
86 年会 2021/03/20-22【特許】(1) 国内特許出願

4件

【受賞】
1.
化学とマイクロナノシステム学会奨励賞、微細加工と表面修飾を用いた細胞培養チップデバイスの開発、
福田淳二、2020 年 05 月 26 日
2.

3.

バイオインダストリー協会奨励賞、毛包幹細胞の自己組織化培養法と毛髪再生医療への応用、福田淳二、
2020 年 10 月 14 日
第 51 回化学工学会秋季大会、バイオ部会優秀ポスタ
ー賞、ヒト iPS 細胞由来上皮系を用いた毛髪モデルの構築、穴竃理樹、2020 年 9 月 26 日

4.

日本動物実験代替法学会第 33 回、板垣宏学生奨励賞、
毛包オルガノイドを用いた薬剤試験モデルの開発、
中嶋陸満、清水亮啓、景山達斗、福田淳二、2020 年
11 月 12 日

5.

第 58 回日本人工臓器学会大会、最優秀賞、バイオプ
リンターを用いた毛包原基の調製と毛髪再生医療への応用、南茂彩華、景山達斗、福田淳二、2020 年 11
月 13 日6.

化学工学会第 86 年会、学生奨励賞、毛髪再生医療のための毛包原基の 3D バイオプリンティング、南茂彩
華、景山達斗、福田淳二、2021 年 3 月 21 日

KISTEC研究報告2021

150